Наночастицы из ДНК для доставки лекарств и генной терапии

Исследователи из Корнелла используют синтетическую ДНК для создания наночастиц, названных ДНК-сомами (DNAsomes), способных доставлять лекарства и средства генной терапии внутрь клеток.

Дэн Луо, профессор биологической и экологической инженерии, и его коллеги сообщили о своей работе в выпуске журнала Small от 3 января.

Преимущества ДНК-сом

• Могут нести несколько лекарств одновременно, а также молекулы siRNA, блокирующие экспрессию генов.
• Это улучшение по сравнению с другими системами доставки, такими как липосомы или полимерные наночастицы.
• Некоторые другие системы могут быть токсичны для клеток.

Принцип конструкции

В естественной среде ДНК представляет собой длинные комплементарные цепи, образующие двойную спираль. Группа Луо создаёт короткие цепи синтетической ДНК, которые соединяются лишь на части своей длины, формируя крестообразные, T- или Y-образные структуры.

ДНК-сомы собираются из Y-образных блоков, каждый из которых состоит из трёх цепей ДНК:

• К "хвосту" Y присоединена липидная молекула.
• К "рукам" Y химически присоединены лекарства.
• Для доставки siRNA синтетическая ДНК может быть спроектирована с участком, комплементарным РНК, для её непрочного связывания.

Самоорганизация и доставка

В водном растворе комбинация гидрофильной ДНК и гидрофобных липидов заставляет Y-блоки самоорганизовываться в полые сферы диаметром от 100 до 5000 нанометров, состоящие из множества слоёв ДНК, липида и груза.

"Красота в том, что тело этой частицы само является телом из лекарств", — говорит Дэн Луо.

Размером с вирус, ДНК-сома поглощается клеточной мембраной и попадает в клетку аналогичным образом. Частицу можно пометить молекулами для таргетинга на определённый тип клеток, например, раковых.

Подтверждение эффективности

Хотя механизм высвобождения груза внутри клетки остаётся "чёрным ящиком", тесты подтверждают доставку. Исследователи загрузили ДНК-сомы флуоресцентным красителем и ввели их в культуру клеток яичников хомяка. Микрофотографии показали свечение клеток под ультрафиолетом. Важно, что груз был доставлен как в цитоплазму, так и в ядро клеток, что критично для комбинированной терапии. В последующих экспериментах была подтверждена способность ДНК-сом доставлять несколько лекарств и siRNA.

Этимология

Название "DNAsomes" образовано по аналогии с липосомами. Суффикс "-some" происходит от латинского слова, означающего "тело".

Ведущий исследователь проекта — Янг Хун Ро, аспирант группы Луо, только что получивший степень Ph.D. В проекте также участвовала группа профессора прикладной и инженерной физики Дэвида Мюллера.